基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地震液化風(fēng)險(xiǎn)分析模型研究.pdf

1、地震液化問題的深入研究對(duì)于抗震減災(zāi)工程而言是極其重要的。目前已有的研究成果絕大部分是關(guān)于地震液化發(fā)生的預(yù)測，而且已有的液化預(yù)測方法存在適用性窄，預(yù)測精度不高等缺陷，另外，對(duì)于液化后的災(zāi)害綜合預(yù)測研究鮮有，特別是對(duì)于液化的減災(zāi)決策問題的研究。本文基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法，通過統(tǒng)計(jì)計(jì)量手段篩選地震液化的重要影響因素，建立了地震液化的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，隨后引入液化災(zāi)害變量和抗液化措施及損失，分別建立了地震液化的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)液化災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和液化

2、減災(zāi)決策模型，擴(kuò)展的模型不僅可以對(duì)地震液化的發(fā)生及液化后的災(zāi)害做出快速、準(zhǔn)確的預(yù)測和評(píng)估，而且可以針對(duì)液化災(zāi)害程度及場地性質(zhì)，分析得出最佳減災(zāi)決策方案，為工程抗震減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。本文的主要研究有如下幾個(gè)方面:
　　(1)基于統(tǒng)計(jì)計(jì)量手段和地震液化重要因素篩選原則，從眾多地震液化的影響因素中篩選出了12個(gè)重要因素:震中距、地震震級(jí)、峰值加速度、地震持續(xù)時(shí)間、土質(zhì)類別、細(xì)?；蛘沉：?、顆粒級(jí)配、相對(duì)密度、可液化層厚度、可液化層埋深、

3、上覆有效應(yīng)力和地下水位，并采用解釋結(jié)構(gòu)模型方法對(duì)這12個(gè)重要影響因素建立了其層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，分析了各重要影響因素間的層次強(qiáng)弱關(guān)系，為建立地震液化的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型提供了基礎(chǔ)準(zhǔn)備。
　　(2)選擇地震等級(jí)、震中距、標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)、地下水位和砂土層埋深5個(gè)因素，基于解釋結(jié)構(gòu)模型法和K2算法分別建立了僅適用于自由場地的地震砂土液化判別的五因素主觀貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型、客觀貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型和混合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，選用總體精度(OA)、準(zhǔn)確率(Pre)、

4、召回率(Rec)、F1值和ROC曲線下面積(AUC)五個(gè)性能指標(biāo)，和其他常用的地震液化判別方法對(duì)比，驗(yàn)證了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的有效性和準(zhǔn)確性，其中地震砂土液化的混合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測性能最好。隨后探討了訓(xùn)練樣本的分類不均衡和抽樣偏差對(duì)地震液化概率預(yù)測模型的影響，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練樣本分類越不均衡、抽樣偏差越大，模型的回判性能越好，而預(yù)測性能卻越差，并給出了常用概率預(yù)測方法的最佳訓(xùn)練樣本分類比例范圍，以減小訓(xùn)練樣本分類比例選擇所帶來的模型誤差。另外，

5、針對(duì)訓(xùn)練樣本存在嚴(yán)重分類不均衡或抽樣偏差的情況，探討了過采樣技術(shù)對(duì)在常用概率模型性能提升中的應(yīng)用。
　　(3)在大量數(shù)據(jù)不完備和數(shù)據(jù)完備兩種情況下，基于篩選的12個(gè)重要影響因素，分別提出了基于解釋結(jié)構(gòu)模型和因果圖法建立地震液化多因素主觀貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的方法及融合解釋結(jié)構(gòu)模型和K2算法建立地震液化多因素混合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的方法。采用K(K=5)折交叉試驗(yàn)，選用五個(gè)性能評(píng)估指標(biāo)，與其他液化概率預(yù)測模型的性能進(jìn)行綜合對(duì)比，驗(yàn)證了

6、兩種方法所建的貝葉斯網(wǎng)路液化預(yù)測模型的準(zhǔn)確性和魯棒性，并對(duì)液化的12個(gè)影響因素進(jìn)行了敏感性分析和反演推理。所建立的新貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型擴(kuò)展并改善了前面五因素模型的適用范圍和預(yù)測精度，使其能適用于不同土質(zhì)類別、不同細(xì)粒含量的自由場地液化和有上部結(jié)構(gòu)物場地液化的更高精度預(yù)測。
　　(4)在貝葉斯網(wǎng)路液化預(yù)測模型基礎(chǔ)上，引入地震液化的災(zāi)害指標(biāo)，如液化潛能指數(shù)、噴砂冒水、地面裂縫、地表沉降和側(cè)向位移，建立了貝葉斯網(wǎng)路液化災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，使其